Обзор порошка для нержавеющей стали

Порошок из нержавеющей стали является универсальным материалом, применяемым во многих отраслях промышленности. В данном руководстве представлен полный обзор порошка из нержавеющей стали, включая методы производства, марки, свойства, области применения и многое другое.

Обзор порошка для нержавеющей стали

Порошок из нержавеющей стали - это частицы нержавеющей стали в виде порошка. Он изготавливается путем распыления или восстановления нержавеющей стали в тонкий порошок для различных промышленных целей.

К основным свойствам и преимуществам порошка из нержавеющей стали относятся:

• Высокая прочность и долговечность
• Устойчивость к коррозии и износу
• Возможность спекания в сложные формы
• Ассортимент легирующих элементов для изменения свойств
• Возможность вторичной переработки
• Экономическая эффективность

Порошок из нержавеющей стали используется в таких областях, как 3D-печать, нанесение поверхностных покрытий, пайка, сварка, порошковая металлургия деталей и др. Объем мирового рынка порошка из нержавеющей стали составил более $1 млрд. в 2021 году и, по прогнозам, будет расти более чем на 8% в период с 2022 по 2030 год.

Виды Порошок из нержавеющей стали

Существуют различные марки и типы порошков из нержавеющей стали, классифицируемые по микроструктуре, легирующим элементам, свойствам и назначению.

Тип	Описание	Состав	Свойства	Приложения
Аустенитные	Немагнитность, повышенная коррозионная стойкость	Cr, Ni, Mo	Вязкие, незакаливаемые	Автомобильная промышленность, архитектура, химическая промышленность
Мартенситная	Магнитный, повышенной прочности	Cr, ниже Ni	Закалка, меньшая коррозионная стойкость	Столовые приборы, хирургические инструменты, клапаны
Ферритные	Магнитный, более низкая стоимость	Cr, без Ni	Менее вязкие, умеренно коррозионностойкие	Автомобили, бытовая техника, промышленное использование
Дуплекс	Баланс прочности и коррозионной стойкости	Cr, Ni, Mo, N	Хорошая свариваемость, более высокая стоимость	Химическая промышленность, нефтегазовая отрасль, судостроение, бумажная промышленность
Упрочнение осадком	Мартенситный класс закалки	Cr, Ni, Cu, Al	Высокая прочность после обработки старением	Аэрокосмическая промышленность, энергетика

Процесс производства порошка из нержавеющей стали

Порошок из нержавеющей стали может быть получен различными способами. К основным производственным процессам относятся:

Распыление - Расплавленные сплавы нержавеющей стали распыляются на мелкие капли, которые застывают в виде частиц порошка. Применяются водяной, газовый, плазменный или центробежный методы распыления. В результате получаются сферические, рафинированные порошки, идеально подходящие для 3D-печати.

Электролиз - В качестве анода в электролитическую ячейку подвешивается предмет из нержавеющей стали. Кислород, образующийся на аноде, вступает в реакцию со сталью, образуя порошок оксидов железа и хрома.

Фрезерование - Лом нержавеющей стали механически измельчается в порошок неправильной угловатой формы, хорошо подходящий для прессования в прессах. Более низкая стоимость, но более широкий гранулометрический состав.

Сокращение - Оксиды нержавеющей стали восстанавливаются с помощью водорода или монооксида углерода с получением мелкодисперсного порошка нержавеющей стали.

Литье металлов под давлением - Исходное сырье, состоящее из порошка нержавеющей стали и связующего, подвергается литью под давлением, затем спекается для получения деталей сложной сетчатой формы.

Каждый из методов позволяет получить порошки различных размеров, формы, чистоты и стоимости. Процесс производства определяется в зависимости от области применения.

Виды порошков из нержавеющей стали

В продаже имеются различные стандартные марки порошковой нержавеющей стали. Обычные легирующие элементы включают хром, никель, молибден, марганец и азот. Вот некоторые из наиболее широко используемых марок:

• 304/304L - наиболее популярная марка, отличная коррозионная стойкость
• 316/316L - добавлен молибден для повышения стойкости к точечной/крестовой коррозии
• 410 - основной мартенситный класс, общее назначение
• 420 - повышенное содержание углерода, используется для изготовления режущего инструмента
• 17-4PH - мартенситная закалка с осадкой, хорошая прочность
• 15-5PH - закалка осаждением, повышенная прочность и твердость
• Нестандартные марки - оптимизированный состав для спекания, 3D-печати и т.д.

Свойства порошка из нержавеющей стали

Основные свойства порошка из нержавеющей стали включают:

Размер частиц - Как правило, от 5 до 150 мкм. Более узкое распределение улучшает спекание.

Морфология - Форма сферическая для распыления и неправильная для фрезерования. Влияет на расход и плотность упаковки.

Кажущаяся плотность - Обычно от 40 до 50% истинной плотности, что свидетельствует о пористости между частицами.

Текучесть - Важен для заполнения штампов. Улучшается за счет сферических частиц и добавок.

Сжимаемость - Степень плотности при уплотнении. Критична для спекания.

Спекаемость - Способность склеиваться в плотную массу при нагревании. Влияет на чистоту, размер, форму.

Состав сплава - Определяет такие свойства, как прочность, коррозионная стойкость, износостойкость и т.д.

Регулируя характеристики и состав порошка, можно изменять свойства готовых спеченных деталей в соответствии с требованиями конкретного применения.

Применение Порошок из нержавеющей стали

К основным областям применения порошка из нержавеющей стали относятся:

3D-печать

3D-печать, известная также как аддитивное производство, создает детали слой за слоем из порошка нержавеющей стали с помощью энергии лазера или электронного луча. К преимуществам этого метода относятся свобода проектирования, уменьшение количества отходов, быстрое создание прототипов и массовое изготовление деталей по индивидуальным заказам. К распространенным методам относятся прямое лазерное спекание металлов (DMLS), селективное лазерное плавление (SLM) и электронно-лучевое плавление (EBM).

Порошковая металлургия

В порошковой металлургии порошок нержавеющей стали спрессовывается и спекается для изготовления высокоэффективных деталей, таких как шестерни, фильтры и автомобильные компоненты. Это позволяет изготавливать детали сложной формы по низкой цене с минимальными отходами материала.

Поверхностные покрытия

Порошковые покрытия для нержавеющей стали наносятся методами термического напыления или лазерной наплавки. Обеспечивает износостойкость, защиту от коррозии, тепловой барьер и электропроводность поверхностей деталей, работающих в сложных условиях.

Пайка и припой

Порошковая паста для нержавеющей стали может использоваться в качестве наполнителя для соединения деталей из нержавеющей стали, требующих соединения разнородных материалов или больших зазоров в швах. Пайка обеспечивает прочные высокотемпературные соединения.

Сварка

Специализированные порошковые порошковые проволоки для сварки нержавеющей стали используются для сварки материалов из нержавеющей стали, повышая прочность шва и коррозионную стойкость по сравнению со сплошной проволокой. Сердечник порошка содержит легирующие элементы.

Гранулированный активированный уголь

Порошок из нержавеющей стали добавляется при производстве активированного угля для повышения механической прочности и абразивной стойкости при очистке воды.

Другие нишевые приложения

Порошок нержавеющей стали также находит применение в производстве алмазного инструмента, прекурсора для наноматериалов, электромагнитного экранирования, изготовления стальных порошковых сердечников, фрикционных материалов.

Как выбрать порошок для нержавеющей стали

Выбор подходящего порошка из нержавеющей стали зависит от таких факторов, как:

• Предполагаемое применение - Это определяет необходимые свойства порошка и марку сплава. Например, порошок 316L для обеспечения коррозионной стойкости или мартенситно-стареющая сталь для обеспечения прочности.
• Производственный процесс - Атомизированный, измельченный или смешанный порошок, предназначенный для АМ, прессования, термического напыления и т.д.
• Размер и форма частиц - Сферический и мелкий порошок размером около 20 мкм для АМ против неравномерного более крупного порошка для прессования.
• Уровень чистоты - Высокая чистота свыше 99,5% необходима для таких ответственных применений, как медицинские имплантаты.
• Кажущаяся плотность - Для лучшей текучести и уплотнения желательно иметь более высокую плотность, чем 3 г/куб. см.
• Стоимость - Цены варьируются в пределах $50-$150 за кг в зависимости от марки, чистоты, характеристик частиц и объема закупки.

Ведущие мировые поставщики, такие как Sandvik, Höganäs, Carpenter Powder Products, Praxair Surface Technologies и CNPC Powder, могут предоставить порошки, оптимизированные под конкретные требования. При разработке новых изделий лучше всего тесно консультироваться с поставщиками.

Сравнение процессов производства порошков из нержавеющей стали

Процесс	Морфология частиц	Размер частиц	Чистота	Стоимость	Приложения
Распыление газа	Сферическая	5 - 150 мкм	Высокая	Средний	Аддитивное производство, нанесение покрытий на поверхность
Распыление воды	Неправильная, сферическая форма	20 - 300 мкм	Средний	Низкий	Прессование и спекание деталей, нанесение покрытий
Воздушно-плазменное распыление	Преимущественно сферическая	10 - 150 мкм	Средний	Средний	Литье металлов под давлением, прессование
Центробежное распыление	Сферическая	20 - 150 мкм	Высокая	Высокая	Аддитивное производство
Механическое фрезерование	Неровные, угловатые	1 - 350 мкм	Низкий	Низкий	Прессовые и агломерационные детали
Электролиз	Дендритные, нерегулярные	1 – 150 мкм	Средний	Средний	Покрытие поверхности, порошковая металлургия
Снижение металлоемкости	Неравномерный, пористый	10 - 150 мкм	Низкий	Низкий	Прессовые и агломерационные детали

Установка для производства порошка из нержавеющей стали

Монтаж установки для производства порошков из нержавеющей стали требует внимания к таким факторам, как:

• Выбор площадки - Достаточное пространство для размещения оборудования, хранения сырья и продукции, инженерных коммуникаций, очистки сточных вод. Удобный доступ для транспорта.
• Утилиты - Электропитание, технологическая вода, сжатый воздух, трубопроводы инертных газов.
• Фонд - Прочный бетонный фундамент для распылителей, мельниц и восстановительных печей. Виброгасящие опоры.
• Машины - Установка основного оборудования, такого как высокотемпературные печи, перчаточные боксы, распылители, мельницы, циклоны, сита, в соответствии с инструкциями производителя.
• Вспомогательные системы - Обработка материалов, пылеулавливание, газоочистка, очистка отходов, управление и автоматизация.
• Безопасность - Взрывозащищенное электрооборудование, пожаротушение, необходимая вентиляция, СИЗ для работы с металлическими порошками.
• Ввод в эксплуатацию - Пробные запуски производства для проверки качества порошка, скорости производства, безопасности обращения с материалами, соблюдения экологических норм.
• Сертификация - Регистрация системы качества ISO 9001. Сертификаты ASME, ASTM и др.

Правильный монтаж и пусконаладочные работы, выполненные опытными специалистами, обеспечивают безопасную, оптимизированную работу и максимальную производительность установки для производства порошков из нержавеющей стали.

Эксплуатация и обслуживание оборудования для производства порошков из нержавеющей стали

Для достижения стабильного качества и производительности порошка из нержавеющей стали основные рекомендации по эксплуатации и техническому обслуживанию включают:

• Соблюдать стандартные операционные процедуры по вводу в эксплуатацию, остановке, планированию производства, обработке материалов, системам безопасности и экологического контроля.
• Контроль основных технологических параметров, таких как температура, давление, расход, потребляемая мощность, и поддержание их в оптимальных пределах.
• Отбирать представительные образцы партий порошка и тестировать их на размер, форму, химический состав, плотность, текучесть в соответствии со стандартами ASTM.
• Проведение планово-предупредительного ремонта печей, газопроводов, распылителей, циклонов, молотковых мельниц, сит и т.д.
• Осмотрите вращающееся оборудование, такое как двигатели, редукторы, крыльчатки, на предмет вибрации, шума и смажьте подшипники.
• Часто калибровать контрольно-измерительные приборы, такие как манометры, ТДС, расходомеры, для обеспечения точности.
• Осмотр огнеупорных и нагревательных элементов печей и их ремонт/замена по мере необходимости во избежание незапланированных поломок.
• Обеспечить эффективную работу систем пылеудаления для минимизации взрывоопасных факторов. Соблюдать СОПы по уборке помещений.
• Периодически проводить аудит систем безопасности технологических процессов, таких как аварийные остановки, обнаружение пожара/газа, вентиляция.

При наличии квалифицированного персонала и тщательном техническом обслуживании установки для производства порошков из нержавеющей стали могут работать долгие годы без особых проблем.

Как выбрать поставщика порошка из нержавеющей стали

При выборе поставщика порошка из нержавеющей стали необходимо учитывать следующие важные факторы:

• Технические характеристики порошка - Возможность поставки требуемого сорта, размера/формы частиц, степени чистоты, плотности и характеристик потока.
• Сертификаты качества - Поставщик должен иметь аккредитацию ISO 9001, AS9100, Nadcap, подтверждающую документацию по качеству.
• Техническая экспертиза - Знания в области металлургии позволяют адаптировать порошок для конкретных применений и оказывать поддержку в применении.
• Производственные возможности - Использование современных технологий распыления, измельчения и просеивания позволяет стабильно получать порошки.
• Возможность проведения испытаний - Полностью оборудованная лаборатория для проведения комплексных испытаний и определения характеристик порошков в соответствии с международными стандартами.
• Компетенция в области НИОКР - Участвовать в исследованиях и разработке новых продуктов для таких новых применений, как AM.
• Обслуживание клиентов - Своевременное реагирование на запросы, заказы и пожелания. Четкие условия по ценам, доставке, возврату.
• Соблюдение нормативных требований - Документация, например, SDS, сертификаты соответствия экологическим нормам.
• Логистическая сеть - Способность безопасно транспортировать материалы в упаковке, соответствующей требованиям к опасным грузам.

Ведущими мировыми поставщиками порошка из нержавеющей стали являются компании Sandvik, Carpenter Powder Products, Hoganas, Praxair Surface Technologies и CNPC Powder.

Плюсы и минусы Порошок из нержавеющей стали

Плюсы	Cons
Отличная прочность и коррозионная стойкость	Относительно высокая стоимость по сравнению с углеродистой сталью
Возможность формирования сложных форм с помощью спекания и AM	Более низкая теплопроводность по сравнению с другими металлами
Широкий спектр марок для различных применений	Требуется обработка поверхности для улучшения эстетических характеристик
Высокая настраиваемость свойств при легировании	Сложность обработки некоторых видов закалки
Легко дезинфицируются для обеспечения гигиены в пищевой/медицинской промышленности	В определенных условиях может подвергаться точечной коррозии
Хорошие высокотемпературные свойства	Не обладает такой электрической/магнитной проводимостью, как другие металлы
100% пригоден для вторичной переработки и экологически безопасен	Требуется специальное обращение из-за реакционной способности мелкодисперсного порошка
Отлаженные технологии производства с высокой степенью готовности	Ограниченное число квалифицированных поставщиков в мире

Порошок из нержавеющей стали и твердые частицы из нержавеющей стали

Параметр	Порошок из нержавеющей стали	Твердые частицы из нержавеющей стали
Государство	Мелкодисперсный порошок	Сплошной пруток, лист, труба
Производство	Атомизация, электролиз, измельчение	Литье, прокатка, механическая обработка нержавеющих слитков
Состав	Часто нестандартные сплавы	Стандартные марки серии 300/400
Приложения	Аддитивное производство, порошковая металлургия	Общее изготовление сварных соединений и готовых деталей
Свойства	Мелкая зернистость, без деформации	Более крупное зерно, возможные напряжения
Обработка	Уплотнение и спекание	Гибка, механическая обработка, сварка, термообработка
Стоимость	$50-150 за кг	$3-10 за кг для товарных марок
Доступность	Ограниченное число поставщиков	Доступность по всему миру
Время выполнения	Может быть удлинен по индивидуальным заказам	Сокращение сроков изготовления стандартных марок

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос: Каковы наиболее распространенные марки порошка из нержавеющей стали?

Ответ: 304, 304L и 316L - наиболее распространенные аустенитные марки, а 410 и 17-4PH - широко используемые мартенситные марки. Предлагаются также сплавы, оптимизированные для применения в системах AM или спекания.

Вопрос: Каков типичный диапазон размеров частиц порошка из нержавеющей стали?

О: Размер частиц может варьироваться от 1 мкм до более 150 мкм. Однако размер 10-45 мкм является обычным для многих применений, таких как MIM, AM и прессование.

Вопрос: Как влияет коррозионная стойкость на детали из нержавеющей стали, изготовленные методом порошковой металлургии?

О: При неполном уплотнении детали из П/М могут проявлять несколько меньшую коррозионную стойкость, чем деформируемые формы, из-за остаточной пористости. Правильное спекание и финишная обработка сводят этот эффект к минимуму.

Вопрос: Что вызывает окисление поверхности при работе с порошком из нержавеющей стали?

A: Мелкий порошок нержавеющей стали может легко окисляться при контакте с воздухом. Для предотвращения окисления рекомендуется использовать вакуум или атмосферу инертного газа.

Вопрос: Как обстоят дела с обрабатываемостью и технологичностью П/М нержавеющих сталей по сравнению с деформируемыми формами?

О: Нержавеющие сплавы P/M менее пластичны и поддаются обработке, чем деформируемые формы, из-за пористости и более высокой твердости. Зеленая обработка порошковых компактов перед спеканием улучшает качество обработки.

Вопрос: Какова типичная производительность коммерческих установок по производству порошка из нержавеющей стали?

О: Производительность зависит от размеров оборудования и технологического процесса. Типичные установки среднего масштаба производят 100-300 кг/час порошка нержавеющей стали.

Вопрос: Какие меры предосторожности необходимы при работе с порошком из нержавеющей стали?

О: Избегайте вдыхания пыли, используя респираторы. Обеспечьте достаточную вентиляцию, заземление и искробезопасное освещение для предотвращения взрыва пыли. Используйте пылеудаление и СИЗ.

Заключение

Порошок из нержавеющей стали обладает такими преимуществами, как прочность, коррозионная стойкость и гибкость изготовления. Благодаря разнообразию методов производства, марок сплавов, характеристик частиц и областей применения порошок из нержавеющей стали предоставляет инженерам-конструкторам широкие возможности для разработки инновационных компонентов с использованием методов порошковой металлургии и аддитивных технологий. Выбор подходящего порошка, метода производства и технологических параметров позволяет обеспечить превосходные эксплуатационные характеристики порошка из нержавеющей стали в самых сложных условиях в различных отраслях промышленности.

узнать больше о процессах 3D-печати